图像引导技术对不同体型宫颈癌摆位误差的研究

蔡栩如等

[摘要] 目的 探讨用图像引导放射治疗技术对不同体型宫颈癌摆位误差的影响，以期对临床MPTV外扩值提供依据。 方法 选取宫颈癌20例，按照体质指数（BMI）分为两个不同体型，在治疗前行锥形束CT扫描1次，在线校正摆位误差后，再行锥形束CT扫描1次，记录并分析校正前后的摆位误差数值的变化，根据公式MPTV=2.5∑±0.7δ来计算CTV到PTV的边界。 结果 正常体型患者与肥胖体型患者在X轴（左右方向）、Y轴（头脚方向）、Z轴（腹背方向）的摆位误差在校正前分别为：（2.45±0.72）mm、（2.73±0.81）mm、（2.23±0.85）mm与（2.67±0.76）mm、（3.14±0.98）mm、（2.65±0.74）mm，其中Y轴和Z轴摆位误差具有统计学意义（P<0.05）；校正后在X轴、Y轴、Z轴的摆位误差分别为：（0.96±0.33）mm、（0.91±0.32）mm、（0.89±0.29）与（1.02±0.36）mm、（0.96±0.31）mm、（0.92±0.37）mm，三维方向比较无统计学意义（P>0.05）。两组体型患者误差校正前后三维方向的摆位误差，有显著统计学意义（P<0.01）。正常体型和肥胖体型患者在摆位误差校正前X轴、Y轴、Z轴的MPTV值分别为4.7 mm、5.4 mm、4.9 mm和5.7 mm、7.4 mm、6.2 mm，误差校正后X轴、Y轴、Z轴的MPTV值分别为2.4 mm、2.5 mm、2.3 mm和2.6 mm、2.5 mm、2.5 mm。 结论 肥胖体型患者的摆位误差大，临床在勾画MPTV值时应考虑患者体型；应用CBCT图像引导技术在摆位误差校正后，患者体型对MPTV值的影响不大。

[关键词] 宫颈癌；图像引导；摆位误差；CBCT

[中图分类号] R737.33 [文献标识码] B [文章编号] 1673-9701（2014）33-0035-04

[Abstract] Objective To explore the effects of image-guided radiotherapy techniques on setup error of cervical cancer in different body types， in order to provide basis for expansion value of clinical MPTV. Methods Twenty patients with cervical cancer were selected and divided into different body shapes according to the body mass index （BMI）. Cone beam CT scan was performed once before treatment and once after online correction of setup error. And the changes of the setup errors before and after the correction were recorded and analyzed. Formula MPTV=was used to calculated the boundary from CTV to PTV. Results Setup errors of normal shaped patients and obese patients in X axis （left and right direction）， Y axis （head and feet direction） and Z axis （back and belly direction） before correction were： （2.45±0.72） mm， （2.73±0.81） mm， （2.23±0.85） mm and （2.67±0.76） mm， （3.14±0.98） mm and （2.65±0.74） mm respectively. Among them， setup errors in Y axis and Z axis showed statistical significance （P<0.05）； After correction， the corresponding setup errors were： （0.96±0.33） mm， （0.91±0.32） mm， （0.89±0.29） mm and （1.02±0.36） mm， （0.96±0.31） mm and （0.92±0.37） mm. Setup errors in the three directions showed no statistical significance（P>0.05）. Setup errors along the three directions before and after correction in the two groups of patients showed significant statistical significances （P<0.01）. MPTV values of setup errors along X axis， Y axis and Z axis in normal shaped people and obese patients were 4.7 mm， 5.4 mm， 4.9 mm and 5.7 mm， 7.4mm and 6.2mm before correction and 2.4 mm， 2.5 mm， 2.3mm and 2.6 mm， 2.5 mm and 2.5 mm after correction. Conclusion The setup error of obese patients is larger. Drawing MPTV in clinical needs to consider the patients body shape； after application of CBCT image guided technology in setup error correction， it shows that the patients body shape has little impact on MPTV value.

[Key words] Cervical cancer； Image guided； Setup error； CBCT

宫颈癌是常见的女性恶性肿瘤，在发展中国家位居妇科恶性肿瘤第1位。由于宫颈癌的放疗适应证广泛，效果好，尤其是IIb期及IIb期以前的患者，已经显示出根治性手术不可替代的地位[1]。宫颈癌因其特殊的生理解剖结构，它的放射治疗摆位精度不但受体型、体重、腹式呼吸过重、皮肤牵拉、重复摆位等影响，而且小肠蠕动、肿瘤体积的缩小、直肠以及膀胱充盈量的多少也会影响其摆位精度。而随着现代影像技术的发展，图像引导的放射治疗（image guided radiotherapy，IGRT）正显现出它无与伦比的优势，也被越来越多的癌症中心所应用。本研究采用瓦里安加速器配备的KV-X级CBCT（cone beam computerized tomography）研究不同体型宫颈癌患者摆位误差校正前后不同，对临床勾画靶区提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

随机抽取我科2013年4月～2014年7月治疗的宫颈癌20例，所有病人均经病理证实，此前从未接受过放射治疗。根据世界卫生组织规定的身体质量指数BMI（Body Mass Index）计算公式，即BMI=体质量（kg）/身高的平方（m2），将患者分为两型：正常型（18.5≤BMI<24）10例，肥胖型（24≤BMI<30）10例。

1.2 热塑体膜的制作和CT模拟定位

20例宫颈癌患者均采用仰卧位，肩背部尽量放平并紧贴治疗床，双手上举或置于前额，双腿并拢并伸直，嘱患者呼吸幅度尽量小且均匀并尽量采用胸式呼吸，热塑体膜经75℃恒温水箱取出，快速放置患者体表，均匀拉伸固定，30 min后冷却定型。模拟定位前嘱患者憋少量小便，并记住此次的憋尿感，放射治疗摆位时也要求采用此次憋尿感的膀胱充盈量。模拟定位采用PHILIPS大孔径4D-CT模拟定位机（PHILIPS，Brilliance TM CT Big Bore），扫描层厚为5 mm，层距5 mm，图像分辨率为512×512。

1.3 放射治疗计划的设计和确认

所有患者均为IMRT计划，模拟定位采集的数据通过DICOM网络系统将其传输至飞利浦公司Pinnacle3 V9.2治疗计划系统。主管医生在四维CT图像上勾画完靶区后再由物理师根据所勾画的靶区制定治疗计划，再经CT模拟定位机对治疗中心进行确认。最后将治疗计划与CT定位图像通过网络系统传输至瓦里安Trilogy加速器的OBI系统。

1.4 图像匹配及摆位误差纠正

患者摆好位后，首次放射治疗前行CBCT扫描，扫描得到的图像与计划CT图像进行在线自动匹配，自动匹配勾选骨匹配和PTV轮廓线复选框，匹配框设定范围包括肿瘤靶区及其附近器官结构。使CBCT图像和计划CT图像在矢状位、冠状位及横断位上的骨性标记及靶区肿瘤高度重叠，并观察CBCT图像上PTV、CTV、GTV 对整个肿瘤轮廓的包绕。匹配完成后将获得治疗床在X轴（左右方向）、Y轴（头脚方向）、Z轴（腹背方向）的摆位误差，根据这组差值来进行治疗床的移位，移位完成后再行1次CBCT扫描，将获得的图像叠加到计划CT图像上，自动匹配后获得另外一组X轴、Y轴、Z轴的摆位误差。之后每周分别在摆位误差校正前后扫描两次，每位患者接受CBCT扫描8～14次。

1.5 统计学方法

应用SPSS 20.0软件进行数据分析。摆位误差校正前后数据用均值±标准差表示，组内计量资料采用配对t检验，如果方差不齐，则进行t'检验或秩和检验；计数资料采用χ2检验；P<0.05表示差异有统计学意义。根据van-Herk等[2-3]推理公式MPTV（Margin of Planning Target Volume）=2.5∑±0.7δ（至少90%的人群的CTV最小剂量能达到处方剂量的95%）来计算CTV（Clinical Target Volume）到PTV（Planning Target Volume）的边界。

2 结果

10例正常体型患者获得校正前后各53组CBCT图像，10例肥胖体型患者获得校正前后各51组CBCT图像。

2.1 校正前、后两组患者三维方向摆位误差的比较

见表1。表1显示，在摆位误差校正前正常体型患者X轴、Y轴、Z轴的摆位误差为（2.45±0.72）mm、（2.73±0.81）mm、（2.23±0.85）mm；肥胖体型患者X轴、Y轴、Z轴的摆位误差为（2.67±0.76）mm、（3.14±0.98）mm、（2.65±0.74）mm；两组患者Y轴（头脚）方向的摆位误差均大于X轴和Z轴，其中X轴、Z轴有统计学意义（P<0.05）。而在摆位误差校正后：两组患者在X轴、Y轴、Z轴的摆位误差接近，t值分别为-0.887、-0.809、-0.461，两组三个方向的P值均大于0.05，差异没有统计学意义。

3 讨论

宫颈癌的放射治疗从最初粗放型的盆腔大野照射、盆腔四野照射，到后来的3D-CRT、IMRT，再到现在IMRT发展的高级阶段—IGRT，依靠的是多影像技术的融合、多功能影像以及分子影像技术的发展[4]，从而为“三精”放疗（precision radiotherapy，PT）时代的到来提供了技术基础。随着放射治疗技术的不断更新改进，摆位误差也在不断的缩小，但是肿瘤靶区尽量高的剂量和周围正常组织尽量低的剂量是始终存在着的矛盾，ICRU 24号报告指出，靶区照射剂量的变化剂量偏离5%就有可能使原发灶失控或并发症增加，Hong等[5]也研究发现，当剂量改变3%～5%时肿瘤疗效也将下降，而正常组织的副反应也将增加，所以在宫颈癌IMRT放射治疗过程中应用CBCT图像引导技术减小摆位误差是有必要的。

从本研究结果可以看出，肥胖体型患者在摆位误差校正前Y轴、Z轴方向上的摆位误差与正常体型患者比较，差异具有统计学意义（P<0.05），而其中Y轴（头脚方向），无论是肥胖组还是正常组摆位误差均大于X轴和Z轴，这可能与肥胖体型患者躺下时体表皮肤牵拉有关，而且皮下脂肪层越厚皮肤牵拉会越厉害，特别是腹部脂肪厚且皮肤松弛的患者尤其显著，所以嘱患者躺到治疗床时一定要先坐在治疗板的中间再躺下，尽量避免病患身体的左右移动以免发生皮肤的局部牵拉；还可能与患者呼吸幅度过大且采用腹式呼吸有关，肥胖体型患者的体型比较厚，呼吸运动时在体表产生的幅度会比正常体型患者的幅度大，嘱患者尽量呼吸平稳且采用浅式呼吸以及胸式呼吸。呼吸控制技术以及呼吸门控放疗在胸腹部肿瘤放射治疗中在当前是研究的热点，特别是肺部、乳腺、肝脏的肿瘤，多项研究[6-8]显示，利用呼吸控制技术或呼吸门控放疗能精确靶区的勾画，改善靶区均匀性，安全有效地提高靶区剂量，降低周围正常组织的照射剂量以及受照体积，减少可能出现的放疗副反应。正常体型患者与肥胖体型患者摆位校正前后三维方向的摆位误差比较，差异有统计学意义（P<0.01），这也证实了王多明等[9]的研究结果：认为CBCT技术可大大纠正宫颈癌患者分次间的摆位误差。而Xu等[10]则用CBCT技术分别研究头颈部、胸腹部肿瘤分次治疗内摆位误差，发现各部位肿瘤均存在分次治疗内摆位误差，而头颈部肿瘤最小。肥胖体型患者在摆位校正前在X轴、Y轴和Z轴方向的MPTV值分别为5.7 mm、7.4 mm、6.2 mm，正常体型患者在摆位校正前在X轴、Y轴和Z轴方向的MPTV值分别为4.7 mm、5.4 mm、4.9 mm，肥胖体型患者MPTV值在三维方向比正常体型分别大1.0 mm、2.0 mm、1.3 mm。而两组体型摆位校正后在三维方向的MPTV值接近于2.5 mm。我科现在MPTV外放值普遍为5 mm，三级医生根据经验再修正外放边界。通过此次研究可以给临床提供一个MPTV值的外放依据：即行CBCT扫描的宫颈癌患者MPTV值外放可以适当缩小至2.5 mm，不行CBCT扫描的宫颈癌患者MPTV值要考虑患者的体型、体重，肥胖体型患者要适当增加MPTV外扩值。本研究表明，应用CBCT图像引导的放射治疗技术在线校正摆位误差，能对肿瘤及靶区实时跟踪监控，降低周围正常组织剂量，提高PTV剂量，增加放疗增益比。

子宫是盆腔内一个的囊性器官，毗邻膀胱，位置很大程度上受膀胱充盈的挤推变形的影响。国外多人[11，12]研究表明，在放疗中膀胱的充盈程度在子宫和宫颈的运动评估中起重要作用。洪善超[13]等认为膀胱由空虚状态向充盈时态（即采集膀胱空虚状态下的盆腔图像）转变时，宫颈在前、后、左、右、上、下6个方位平均最大位移改变分别为1.0、0.6、0.3、0.5、1.0和0.7 cm。当膀胱由空虚状态向半充盈时态（即通过导尿管向膀胱注入100 mL 0.9%NaCl溶液，采集膀胱半充盈状态下的盆腔图像）转变时，平均最大位移改变分别为0.5、0.3、0.2、0.3、0.6和0.4 cm。而由半充盈向充盈时态（即过导尿管继续向膀胱注入150 mL 0.9%NaCl溶液，采集膀胱充盈状态下的盆腔图像）转变时，平均最大位移改变则分别为0.6、0.4、0.2、0.3、0.8和0.7 cm。其中空虚-充盈与空虚-半充盈及半充盈-充盈两组比较在位移改变上差异均有统计学意义（P=0.000，P=0.029）。这也是本研究采用患者憋少量小便并记住此次的憋尿感的原因。另外CBCT图像引导技术虽然能提高放疗精度，但是它所带来的额外剂量问题也不容忽视。Ding等[14]研究表明，整个治疗过程中每日行CBCT扫描可导致病人接受约300cCy的额外剂量，其中骨组织的受量是软组织的2～4倍。孔玲玲等[15]研究表明，每分次放疗前行在线CBCT扫描并与计划CT图像配准，获得三维方向配准差值，分别以初始5次和10次的平均值作为预测值校正后续治疗的系统摆位误差，通过比较未进行在线摆位校正、应用5次校正法和10次校正法进行在线摆位校正放疗过程中的群体化系统、随机摆位误差以及三维残余误差发现利用初始5次放疗在线CBCT配准差值预测并校正系统摆位误差在一定程度上改善了每日摆位准确度。笔者认为此方法在工作量大且繁忙的机构值得推广而且也减少了患者额外的受照剂量。

本研究只是针对18.5≤BMI<24和24≤BMI<30的宫颈癌患者，而对BMI≤18.5和BMI≥30的患者未做系统研究，而对后两部分人群还待进一步研究。庞皓文等[16]报道称宫颈癌IMRT中直肠体积改变会引起CTV改变，稳定体积与位置或许能减少CTV位置变化，说明了宫颈癌IMRT中排空直肠的重要性。在本研究中对直肠的充盈状态只是呈自然状态，如果排空直肠可能对结果会产生一定的影响。

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（收稿日期：2014-09-22）

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（收稿日期：2014-09-22）